CN101601875B - 用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承。血泵的血液被动控制悬浮轴承是一种新型的血泵支承装置，环形的永磁磁钢安装在转子上，电磁线圈固定在定子上，定子顶部和底部开有螺旋槽，定子内圈开有弧形凹槽，转子上顶面安装叶轮，叶轮安装在泵壳内，泵壳与定子以及底座连接成一体；血液从泵壳入口处流入，大部分血液通过叶轮的旋转从泵壳出口处流出，少部分血液通过转子中间的圆孔，转子下表面与底座之间的间隙，定子底部的螺旋槽，转子和定子之间的间隙，定子顶部的螺旋槽，形成一个副流道，与出口处的血液汇合。本发明结构简单，能够保证轴承磨损少，发热量小，功耗小，有利于血泵向轻型化、便携式方向发展。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械，特别是涉及一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承。
背景技术
目前，应用在血泵中的轴承主要有机械接触式轴承和非接触式轴承两大类。机械接触式轴承存在电机轴承磨损和摩擦发热而诱发血栓的问题，严重地制约了血泵的发展及其在临床上的广泛应用。因此，非接触式轴承成为现代血泵的研究热点。
非接触式轴承分主动控制悬浮轴承、被动控制悬浮轴承、混合式轴承。主动控制悬浮轴承主要为磁悬浮轴承(例如参见中国专利CN200610098332.3)，它已首先被成功地应用在血泵上，它主要是通过磁力的作用将转子悬浮在泵内。美、日、德等国率先从事此项技术研究多年，至今仍存在许多技术问题，产品均多处于试用阶段。混合式轴承技术也已被美国Arrow International公司和澳大利亚HeartWare公司成功地应用产品中，并进入了临床试验阶段。
对于上述两种轴承技术都存在以下问题：
(1)主动磁悬浮轴承需要更多的能量输入。
(2)为了使磁悬浮轴承功能稳定，需要高精度的控制结构，从而增加了整个控制***的复杂性。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，在血泵工作时，避免磨损和摩擦发热等诱发血栓的因素，并且无需复杂的控制。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明包括泵壳和叶轮、定子、转子、底座、电磁线圈和永磁磁钢；定子内开有工字形通孔，在定子中间的孔内开有等分分布的圆弧形凹槽，定子中间的孔内嵌入环形电磁线圈，外圈嵌入永磁磁钢的凸形转子从下面装入定子孔中，转子底面位于定子下面的大孔内，转子中心开有圆孔，转子底部为喇叭形孔并开有均匀分布的扇形槽，中心为喇叭形的底座安装在转子下面，定子下端面安装在底座上，转子上顶面安装叶轮，叶轮安装在泵壳内，定子上端面安装泵壳，定子上孔面和下孔面上分别开有上下螺旋槽，血液从泵壳入口处流入，大部分血液通过叶轮的旋转从泵壳出口处流出，少部分血液通过转子中间的转子内孔，转子下表面与底座之间的间隙，定子底部的下螺旋槽，转子外圈和定子内圈之间的间隙，定子顶部的上螺旋槽，形成一个副流道，与出口处的血液汇合。
所述转底部切了6个均匀分布的扇形槽，其扇形角度
为45°60°；其中转子锥面的特征角β为0.1°0.3°；转子截面为椭圆形，其大径和小径相差0.1～0.3mm。
所述定子中间孔内壁开有3～4个均匀分布的圆弧形凹槽。
所述定子上孔面开有上螺旋槽，槽数为20个，每个上螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变小，上螺旋槽进口的大小比出口大0.2mm；上螺旋槽的上表面为锥面，下表面为平面，两个面之间的夹角γ为0.1°～0.3°。
所述定子下孔面开有下螺旋槽，槽数为20个，每个下螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变大，下螺旋槽出口的大小比进口大0.2mm；下螺旋槽的下表面为锥面，上表面为平面，两个面之间的夹角θ为0.1°0.3°。
所述的叶轮底部锥面的角度α为0.1°0.3°。
本发明具有的有益效果是：
(1)采用了血液被动控制悬浮轴承结构，避免了磨损和摩擦发热等诱发血栓的因素的产生。
(2)采用了血液被动控制悬浮轴承结构，能够提高血泵的可靠性和抗冲击能力。
(3)因为血液被动控制悬浮轴承为被动悬浮，避免了复杂的控制***和位移传感器。
(4)血液被动控制悬浮轴承外部的能量消耗比磁悬浮轴承小，从而有效的减少血泵的附加重量，有利于血泵向轻型化、便携式方向发展。
附图说明
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明的副流道示意图。
图3是图2的P-P示意图。
图4本发明转子结构原理示意图。
图5是图4转子结构剖面示意图。
图6是本发明定子结构剖面、上螺旋槽γ夹角和下螺旋槽θ夹角示意图。
图7是图6定子上螺旋槽示意图。
图8是图6定子下螺旋槽示意图。
图9是本发明叶轮三维结构示意图。
图10是图9叶轮剖面及α夹角示意图。
图中：1、泵壳，2、叶轮，2A、叶轮底部锥面，3、定子，3A、圆弧形凹槽，4、转子，4A、转子内孔，4B、扇形槽，4C、转子锥面，4D、转子截面，5、底座，6、电磁线圈，7、永磁磁钢，8、泵壳出口，9、下螺旋槽，10、上螺旋槽，11、泵壳入口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明包括泵壳1和叶轮2、定子3、转子4、底座5、电磁线圈6和永磁磁钢7；定子3内开有工字形通孔，在定子3中间的孔内开有等分分布的圆弧形凹槽3A，定子3中间的孔内嵌入环形电磁线圈6，外圈嵌入永磁磁钢7的凸形转子4从下面装入定子3孔中，转子4底面位于定子3下面的大孔内，转子4中心开有圆孔，转子4底部为喇叭形孔并开有均匀分布的扇形槽4B，中心为喇叭形的底座5安装在转子4下面，定子3下端面安装在底座5上，转子4上顶面安装叶轮2，叶轮2安装在泵壳1内，定子3上端面安装泵壳1，定子4上孔面和下孔面上分别开有上下螺旋槽10、9，血液从泵壳入口11处流入，大部分血液通过叶轮2的旋转从泵壳出口8处流出，少部分血液通过转子4中间的转子内孔4A，转子4下表面与底座5之间的间隙，定子3底部的下螺旋槽9，转子4外圈和定子3内圈之间的间隙，定子顶部的上螺旋槽10，形成一个副流道，与出口处的血液汇合。
如图3～图5所示，转子4底部切了6个均匀分布的扇形槽4B，其扇形角度
为45°～60°；其中转子锥面4C的特征角β为0.1°～0.3°；转子截面4D为椭圆形，其大径和小径相差0.1～0.3mm。
如图6～图8所示，定子3中间孔内壁开有3～4个均匀分布的圆弧形凹槽3A。
定子3上孔面开有上螺旋槽10，槽数为20个，每个上螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变小，上螺旋槽进口的大小比出口大0.2mm；上螺旋槽的上表面为锥面，下表面为平面，两个面之间的夹角γ(如图6(b)所示)为0.1°0.3°。
定子3下孔面开有下螺旋槽9，槽数为20个，每个下螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变大，下螺旋槽出口的大小比进口大0.2mm；下螺旋槽的下表面为锥面，上表面为平面，两个面之间的夹角θ(如图6(c)所示)为0.1°～0.3°。
如图9～图10所示，叶轮底部锥面2A的角度α(如图10(b)所示)为0.1°～0.3°。
本发明的工作原理如下：
图1、图2表示了本发明实施方案的血液被动控制悬浮轴承应用在血泵中时的总体结构，当电磁线圈6中通电时，叶轮2会在交变电流产生的交变磁场作用下跟转子4一起转动，血液从泵壳入口11处流入，大部分血液通过叶轮2的旋转从泵壳出口8处流出，少部分血液通过转子4中间的转子内孔4A，转子4下表面与底座5之间的间隙，定子3底部的下螺旋槽9，转子4外圈和定子3内圈之间的间隙，定子顶部的上螺旋槽10，形成一个副流道，与出口处的血液汇合。在叶轮2与上螺旋槽10之间，转子锥面4C与下螺旋槽9底面之间会产生止推液膜，对叶轮2和转子4起到轴向支撑作用，从而形成轴向的血液被动控制悬浮轴承；在转子4外圈椭圆形柱面与定子3之间会产生径向液膜，对转子4起到径向支撑作用，从而形成径向血液被动控制悬浮轴承。其中，圆弧形凹槽3A的作用是：在转子4转动的过程中，从下螺旋槽9流出的血液会沿着定子3内圈的圆弧形凹槽3A到达上螺旋槽，更有利于血液的流动，从而减少溶血及凝血；扇形槽4B的作用是：在转子4的转动过程中，在转子底部扇形槽4B的作用下更顺利地达到下螺旋槽9入口，并在其入口处形成高压，从而促进副流道血液的流通。
Claims (6)
1.一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：包括泵壳(1)和叶轮(2)、定子(3)、转子(4)、底座(5)、电磁线圈(6)和永磁磁钢(7)；定子(3)内开有工字形通孔，在定子(3)中间的孔内开有等分分布的圆弧形凹槽(3A)，定子(3)中间的孔内嵌入环形电磁线圈(6)，外圈嵌入永磁磁钢(7)的凸形转子(4)从下面装入定子(3)孔中，转子(4)底面位于定子(3)下面的大孔内，转子(4)中心开有转子内孔(4A)，转子(4)底部为喇叭形孔并开有均匀分布的扇形槽(4B)，中心为喇叭形的底座(5)安装在转子(4)下面，定子(3)下端面安装在底座(5)上，转子(4)上顶面安装叶轮(2)，叶轮(2)安装在泵壳(1)内，定子(3)上端面安装泵壳(1)，定子(4)上孔面和下孔面上分别开有上下螺旋槽(10、9)，血液从泵壳入口(11)处流入，大部分血液通过叶轮(2)的旋转从泵壳出口(8)处流出，少部分血液通过转子(4)中间的转子内孔(4A)，转子(4)下表面与底座(5)之间的间隙，定子(3)底部的下螺旋槽(9)，转子(4)外圈和定子(3)内圈之间的间隙，定子顶部的上螺旋槽(10)，形成一个副流道，与出口处的血液汇合。
2.根据权利要求1所述的一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：所述转子(4)底部切了6个均匀分布的扇形槽(4B)，其扇形角度
为45°～60°；其中转子锥面(4C)的特征角β为0.1°～0.3°；转子截面(4D)为椭圆形，其大径和小径相差0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：所述定子(3)中间孔内壁开有3～4个均匀分布的圆弧形凹槽(3A)。
4.根据权利要求1所述的一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：所述定子(3)上孔面开有上螺旋槽(10)，槽数为20个，每个上螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变小，上螺旋槽进口的大小比出口大0.2mm；上螺旋槽的上表面为锥面，下表面为平面，两个面之间的夹角γ为0.1°～0.3°。
5.根据权利要求1所述的一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：所述定子(3)下孔面开有下螺旋槽(9)，槽数为20个，每个下螺旋槽沿径向方向上的厚度均逐渐变大，下螺旋槽出口的大小比进口大0.2mm；下螺旋槽的下表面为锥面，上表面为平面，两个面之间的夹角θ为0.1°～0.3°。
6.根据权利要求1所述的一种用于可植入式离心血泵中的血液被动控制悬浮轴承，其特征在于：所述叶轮的底部锥面(2A)的角度α为0.1°～0.3°。
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